量子研究のおかげで光ストレージは「超高密度」の恩恵を受けるかもしれない

科学者たちは、新たな種類の「高効率・超高密度光メモリストレージ」への道筋を明らかにしたと主張している。米国エネルギー省（DOE）アルゴンヌ国立研究所とシカゴ大学プリツカー分子工学大学院（PME）の研究者らが最近発表した論文によると、光メモリにおける画期的な進歩は、古典物理学と量子モデリングを融合したものだという。具体的には、研究者らは希土類元素と量子欠陥の組み合わせを活用することで、光ストレージの復活を目指している。

データストレージの逼迫に対処するため、研究者たちは、増え続けるデジタル情報をより高速、高密度、効率的、そしてより低コストで保存する方法を常に模索しています。光学式ストレージは広く普及した人気のソリューションであり、デバイスのスペースが著しく制限されているノートパソコンでは標準装備となりました。しかし、今ではDVDに書き込むという神聖な儀式を覚えているのは、ある程度の年齢の人々だけでしょう。

研究論文の中で、科学者たちは「固体材料に埋め込まれた希土類元素から近くの量子欠陥へと光データを転送する新しいタイプのメモリ」に注目しています。光の回折限界は、従来のほとんどの光ストレージ方式の限​​界でした。しかし、この新たな研究では、波長多重化と量子スピン状態遷移によって、光メディアのビットストレージ密度を飛躍的に向上させます。

研究者たちがどのようにしてストレージ容量を向上させているかについては、すでにご存知かもしれません。それでも、希土類金属と量子物理学に関しては、上の図がさらに理解を深めてくれるかもしれません。図は、マンガン、ビスマス、テルルといった希土類元素を注入した光メモリ表面に光線が当たる様子を示しています（赤い点）。また、強調表示されている媒体の量子欠陥（青い点）も確認できます。量子欠陥付近の励起原子はスピン状態を反転させることでデータを記録することができ、希土類金属は微小な光の波長を捉えるのに役立ちます。

研究者たちは、いくつかの基本的な疑問が未解決のままであり、前進するためには解決しなければならないことを認めている。例えば、この次世代光メモリを開発するには、新材料において励起状態がどれだけ長く持続するかを検証することが重要となるだろう。しかし、科学者たちはこれが「大きな第一歩」であると主張している。

アルゴンヌ国立研究所とシカゴ国立研究所の科学者たちは、光ストレージに関する量子研究とそれがもたらす容量増加について非常に楽観的な姿勢を見せていますが、私たちが調べた資料には次世代光ディスクの容量推定値は記載されていませんでした。例えば、研究者たちが既存のODD容量の2倍、10倍、1,000倍といった数値を誇示していたら、もっと興味深いものだったでしょう。あるいは、次世代120mm光ディスクのバイト単位の容量推定値があればなお良かったでしょう。今のところ、私たちが得られるのは「超高密度光メモリ」という謳い文句だけです。